Solar-to-steam generation technology based on photothermal materials is a promising technology for desalination by utilizing infinite solar energy. However, salt accumulation on the photothermal materials due to steam generation by locally generated heat at the interface between photothermal material and bulk water, can decrease solar-to-steam conversion efficiency. In this study, a coating agent based on cellulose nanofiber (CNF) and polyethylenimine (PEI) nanocomposites with high salt resistance was developed. The CNF-PEI nanocomposite was coated on the top surface of the photothermal carbon felt for improving hydrophilicity and cationization to suppress the salt accumulation on the surface. Structural, optical, and chemical properties according to various amounts of coating agent (CNF-PEI nanocomposites) were analyzed, and salt resistance properties were confirmed through a solar-to-steam generation test using a 3.5 wt% NaCl solution. The CNF-PEI nanocomposites have advantage to be used as wide applications for solar-to-steam desalination due to the possibility of coating on various types of photothermal materials.

광열 재료를 기반으로 한 태양광-수증기 발생기술은 무한한 태양 에너지를 활용하여 담수화할 수 있는 유망한 기술이다. 그러나 광열재료와 물의 계면에서 국부적으로 발생하는 열에 의해서 수증기가 발생할 때 축적되는 소금은 광열재료를 코팅하여 수증기 변환 효율을 저하시키는 문제가 있다. 본 연구에서는 높은 염 저항 특성을 갖는 cellulose nanofiber(CNF)와 polyethylenimine(PEI) 나노복합체 기반의 코팅제를 개발하였다. CNF-PEI 나노복합체를 광열 특성을 갖는 탄소 펠트의 상단 표면에 코팅하여 친수성을 향상시키고 양이온화하여 표면 염 생성을 억제하도록 하였다. 다양한 양의 CNF-PEI 나노복합체 코팅에 따른 구조, 광 및 화학특성을 분석하였고, 3.5 wt% NaCl 용액을 이용한 태양광-수증기 발생 실험을 통해서 내염특성을 확인하였다. CNF-PEI 나노복합체는 여러 종류의 광열재료에 코팅이 가능하여 태양광-담수화에 다양한 활용이 가능할 것으로 기대된다.

Keywords: solar-to-steam, cellulose nanofiber polyethylenimine, coating agent, salt-resistant.